CN101146880A - 水系涂料组合物及热屏蔽涂料 - Google Patents

水系涂料组合物及热屏蔽涂料 Download PDF

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Abstract

本发明以解决提供具有高的热屏蔽性的热屏蔽涂料为课题。本发明的水系涂料组合物的特征在于，其配合有含球状金属氧化物颗粒的无机物颗粒。在水系涂料组合物中虽然配合有各种各样的化合物等，但通过含有球状金属氧化物颗粒，如上所述，可具有高的阳光反射性。本发明人一直在进行圆球度高的无机物颗粒的开发。在开发其圆球度高的无机物颗粒中，发现了圆球度高的无机物颗粒可以非常高的浓度分散在液体中，因而想到了应用在涂料组合物中。由于可以大量含有阳光反射性优异的无机物颗粒，确认热屏蔽性也得到了提高，从而完成了本发明。

Description

水系涂料组合物及热屏蔽涂料
技术领域
本发明涉及水系涂料组合物及热屏蔽涂料。
背景技术
近年来，由于节能意识的提高和法律规制的强化等，期望提高能源效率。因此，以各种建筑物、车辆等的冷气设备效率化、隔热化为目的，提出了对于来自阳光的热具有屏蔽性的热屏蔽性涂料(日本ペイントニユ—スリ リ—ス、平成12年7月24日、日本ペイント株式会社、インタ—ネツト(URL：http://www.ni pponpa int.co.jp/news/2000/wn0724.html))。
发明内容
本发明以解决提供具有更高热屏蔽性的水系涂料组合物以及利用其性质的热屏蔽涂料为课题。
本发明人一直在进行圆球度高的无机物颗粒的开发。在开发其圆球度高的无机物颗粒中，发现了圆球度高的无机物颗粒可以非常高的浓度分散在液体中，因而想到了应用在涂料组合物中。由于可以大量含有阳光反射性优异的无机物颗粒，确认热屏蔽性也得到了提高，完成了以下的发明。
即，本发明的水系涂料组合物，其特征在于配合有含球状金属氧化物颗粒的无机物颗粒。虽然在水系涂料组合物中配合有各种各样的化合物等，但通过含有球状金属氧化物颗粒，如上所述，就可以具有高的阳光反射性。
特别是，优选上述球状金属氧化物颗粒的比表面积为30m2/g以下。通过将比表面积控制在这一范围内，可以在水系涂料组合物中含有更多的球状金属氧化物颗粒。作为制造这样的球状金属氧化物颗粒的方法，有在含氧气氛下使金属粉末氧化的方法，优选在水系涂料组合物中含有利用该方法得到的球状金属氧化物颗粒。另外，也优选上述球状金属氧化物颗粒为用火焰熔融法制造的球状金属氧化物颗粒。
而且，优选上述球状金属氧化物颗粒为二氧化硅。再有，在将上述无机物颗粒以外的不挥发部分的质量作为100质量份的场合，该无机物颗粒的含量可以为60质量份以上。通过在该范围内含有无机物颗粒，可以发挥更高的性能。特别是，作为无机物颗粒，优选实质上不含除球状金属氧化物颗粒以外的颗粒。这里，优选上述球状金属氧化物颗粒的圆球度为0.7以上。
而且，解决上述课题的本发明的热屏蔽涂料为具有上述本发明的水系涂料组合物的涂料。上述的水系涂料组合物由于含有球状金属氧化物颗粒，具有高的阳光反射性，可以实现高的热屏蔽性。
本发明的水系涂料组合物由于含有球状金属氧化物颗粒，可以赋予高的阳光反射性。因此，采用该水系涂料组合物的热屏蔽涂料可以期待高的性能。
具体实施方式
以下，对本发明的水系涂料组合物以及热屏蔽涂料进行详细说明。另外，本发明的水系涂料组合物以及热屏蔽涂料并不限定于下述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内，本领域技术人员可以通过施行了可进行的变更、改良等的各种各样的方式进行实施。
(水系涂料组合物以及热屏蔽涂料)
本发明的水系涂料组合物配合有含有球状金属氧化物颗粒的无机物颗粒。本发明的水系涂料组合物的形态没有特别限定，是在水中将粘合剂等作为乳浊液分散的乳浊液系和采用水溶性粘结剂的水系涂料组合物等。本发明的热屏蔽涂料是具有本发明的水系涂料组合物的涂料。
这里，球状金属氧化物颗粒的组成没有特别的限定，作为所含有的金属，可举出硅、铝、钛、锆等。从成本和性能等观点出发，优选采用硅的二氧化硅。虽然优选除球状金属氧化物颗粒以外实质上不含无机物颗粒，但根据需要，也可以含有除球状金属氧化物颗粒以外的无机物颗粒。例如，用于实现必要的涂饰色的颜料。
球状金属氧化物颗粒除了为球状以外没有特别的限定，但优选以下所示的形状。首先，优选比表面积为30m2/g以下，更优选10m2/g以下。比表面积越小，越接近球的形状，可以提高在水系涂料组合物中的填充性。比表面积为利用使用氮的BET法测定的值。
而且，优选球状金属氧化物颗粒的圆球度为0.7以上，更优选0.8以上。这里，作为本说明书中的“圆球度”是作为通过SEM摄取照片，从所观察的颗粒的面积和周长用(圆球度)＝{4π×(面积)÷(周长)2}算出的值算出的。越接近1越接近圆球。具体地，采用使用图像处理装置对100个颗粒进行测定的平均值。
球状金属氧化物颗粒的粒径，可列举体积平均粒径为优选0.05μm-20μm左右，更优选0.2μm-10μm左右的粒径。通过将球状金属氧化物颗粒的粒径控制在该范围内，充分的阳光反射性和干燥后的涂料被膜的平滑度可以并存。
这样的球状金属氧化物颗粒不管是如何制造的都没有关系，可举出在含氧气氛下使金属粉末氧化而得到的方法(VMC法)和火焰熔融法等优选的方法。
VMC法是在含氧气氛中利用燃烧器形成化学焰，在该化学焰中投入形成粉尘云程度的量的构成作为目的氧化物颗粒的一部分的金属粉末，引起爆燃而得到氧化物颗粒的方法。
如对VMC法的作用进行说明，则为以下所述。首先，在容器中充满作为反应气体的含氧气体，在该反应气体中形成化学焰。接着，在该化学焰中投入金属粉末，形成高浓度(500g/m3以上)的粉尘云。于是，由化学焰向金属粉末表面供给热能，金属粉末的表面温度上升，从金属粉末表面金属的蒸气向周围扩散。该金属蒸气和氧气反应着火生成火焰。由该火焰生成的热进一步促进金属粉末的气化，生成的金属蒸气和反应气体混合，连锁地着火传播。此时，金属粉末自身也破坏飞散，促进火焰的传播。通过燃烧后生成气体自然冷却，形成氧化物颗粒的云。得到的氧化物颗粒通过袋滤器或电集尘器等收集。
VMC法是利用粉尘爆炸原理的方法。根据VMC法，可在瞬时得到大量的氧化物颗粒。得到的氧化物颗粒形成大致圆球状的形状。根据作为目的的球状金属氧化物颗粒的组成，例如，在得到二氧化硅颗粒的场合，投入硅粉末，在得到氧化铝颗粒的场合，投入铝粉末。通过调整投入的硅粉末等的粒径、投入量、火焰温度等，可以调整得到的氧化物颗粒的粒径。还有，作为原料物质除了金属细粉外，也可以添加金属氧化物粉末。
另外，本球状二氧化硅颗粒除了认为是优选的VMC法以外，也可以用作为干式法的火焰熔融法、PVS(Physical Vapor Synthesis)法等燃烧法，或作为湿式法的沉降法和凝胶法等制造。火焰熔融法是通过将构成作为目的的球状金属氧化物颗粒的金属氧化物利用粉碎等粉末化后，投入火焰中使其融解后，冷却并硬化，制造球状金属氧化物颗粒的方法。
这里，为了使与水系涂料组合物中所含有的粘结剂等的密合性得到提高，球状金属氧化物颗粒可以实施表面处理。例如，可以混合硅烷系、钛酸酯系、铝酸酯系、锆酸酯系的各种偶联剂，阳离子、阴离子、两性、中性的各种表面活性剂。
水系涂料组合物除了无机物颗粒外也可以含有一般所含有的组合物。例如，粘结剂和使球状金属氧化物颗粒等的无机物颗粒在水中分散的分散剂、乳化剂等。例如，可以适当含有水系丙烯酸涂料、水系醇酸-聚酯涂料、水系聚氨酯涂料、水系氟树脂涂料、水系环氧涂料、有机硅改性丙烯酸涂料等水系涂料组合物中所含有的组合物。关于这些组成由于可以直接采用普通的组合物，省略了更详细的说明。
本水系涂料组合物中的不挥发部分在以无机物颗粒以外的质量为100质量份的场合，优选无机物颗粒为60质量份以上，更优选96质量份以上，特别优选130质量份以上。特别优选球状金属氧化物颗粒为6O质量份以上，更优选96质量份以上。
实施例
对于本发明的水系涂料组合物，根据实施例进行更详细地说明。
(试验用涂料的制备)
在株式会社アサヒペン制造的水性涂料ス－パ－ハロ－(白色，蓝色或灰色)中添加水，在将不挥发部分调整为5O质量％的上述涂料的100质量份中，通过按照表1以及表2中所示的比例混合作为球状金属氧化物颗粒的球状二氧化硅(株式会社アドマテクス制造，S0-C2，体积平均粒径0.5μm，比表面积6.5m2/g，用VMC法制造)、球状二氧化硅(东海ミネラル制造，ES-07，体积平均粒径7.4μm，比表面积4.6m2/g，用火焰熔融法制造)、或破碎二氧化硅(体积平均粒径1Oμm，比表面积7.0m2/g)，制备试验用涂料。比较例6直接使用市售的隔热涂料进行评价。
表1
颜色   二氧化硅配合量(质量份) 阳光反射率(％) 外观
  S0-C2   ES-07
  实施例1   白色   48   0   90.0   龟裂，没有剥落
  实施例2   蓝色   48   0   83.3   龟裂，没有剥落
  实施例3   蓝色   65   0   85.2   龟裂，没有剥落
实施例4 灰色 48 0 59.3 龟裂，没有剥落
  实施例5   灰色   35   0   65.3   龟裂，没有剥落
实施例6 灰色 0 48 82.3 龟裂，没有剥落
表2
颜色 二氧化硅配合量(质量份)破碎二氧 阳光反射率(％) 外观
化硅 S0-C2 ES-07
比较例1 白色 0 0 0 88.6 龟裂，没有剥落
比较例2 蓝色 0 0 0 72.7 龟裂，没有剥落
比较例3 灰色 0 0 0 58.2 龟裂，没有剥落
比较例4 白色 10 0 0 龟裂，没有剥落
比较例5 白色 48 0 0 扑簌扑簌剥落，不能涂敷
比较例6 市售隔热涂料 84.7 龟裂，没有剥落
(评价)
关于各实施例以及比较例的试验涂料，在板状试验片(300mm×300mm)上涂敷150μm厚的涂料，根据JISR3105测定阳光反射率。进一步，在同样的板状试验片上形成200μm厚的涂膜，放置在屋外测定表面温度随时间的变化。阳光反射率一并示于表1和表2，表面温度随时间的变化示于表3和表4。
表3
时间 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00
气温(℃) 32 34 34 38 36 36
没有涂饰(℃) 42.8 45.7 48.7 48 45.1 43.9
实施例1的试验涂料(℃) 35.1 37.8 37.5 39.4 39.3 37.8
比较例1的试验涂料(℃) 39.5 41.7 42.4 45.2 41.6 42
比较例6的试验涂料(℃) 37.6 42.6 40.9 44.6 43.5 42.7
表4
第1日 10:00(晴) 12:00(晴) 14:00(晴) 16:00(晴)
时间(天气)
气温(℃) 9.0 13.0 14.0 11.5
没有涂饰(℃) 19.9 26.5 21.2 9.9
实施例1的试验涂料(℃) 9.9 13.5 12.8 7.3
比较例4的试验涂料(℃) 14.2 17.5 17.9 10.9
第2日 10:00(晴) 12:00(晴) 14:00(晴) 16:00(阴)
时间(天气)
气温(℃) 8.0 11.0 12.0 10
没有涂饰(℃) 16.5 19.9 19.2 11.5
实施例1的试验涂料(℃) 8.7 11.5 11.2 8.5
比较例4的试验涂料(℃) 11.1 14.9 15.5 9.8
第3日 10:00(晴) 12:00(晴) 14:00(晴) 16:00(阴)
时间(天气)
气温(℃) 10.5 13.5 15.0 12
没有涂饰(℃) 20.2 24.5 23.5 14
实施例1的试验涂料(℃) 11.1 14.3 14.3 10.8
比较例4的试验涂料(℃) 14.9 18.2 19.7 12.5
第4日 10:00(雨) 12:00(阴) 14:00(阴) 16:00(晴)
时间(天气)
气温(℃) 7.0 8.0 11.0 12.5
没有涂饰(℃) 10.3 9.7 14.2 13.2
实施例1的试验涂料(℃) 6.4 7.8 11.2 10
比较例4的试验涂料(℃) 8.2 9.1 12.8 12.2
(结果)
如从实施例1-6的结果可以了解的那样，作为球状金属氧化物颗粒的球状二氧化硅，可以在仍旧保持实用性的情况下配合48质量份-65质量份。破碎二氧化硅虽然可以配合10质量份(比较例4)，如果配合48质量份，在涂敷到板状试验片上时，扑簌扑簌的，产生龟裂、剥落，在实用上不能使用(比较例5)。
从表3所示的结果可知，从实际屋外的表面温度测定可以清楚，配合球状二氧化硅的实施例1的试验涂料当然比没有涂敷涂料时表面温度要低，而且可以比不含有球状二氧化硅的比较例1和作为市售品的比较例6的试验涂料保持低的表面温度，具有高的热屏蔽性。因此，可知通过在水系涂料组合物中配合二氧化硅微粒可以发挥热屏蔽性。
再有，从表4所示的结果，可以清楚即使与配合了10质量份的破碎二氧化硅的比较例4的试验涂料相比，涂敷了实施例1的试验涂料的板状试验片的表面温度也保持低的温度，具有高的热屏蔽性。因此，可知球状二氧化硅也能比破碎二氧化硅(形状为有棱角的不定形)发挥高的热屏蔽性。
即，与通过将金属氧化物颗粒制成球形，可以大比例配合在水系涂料组合物中相比，破碎二氧化硅即使在与球状二氧化硅同等程度地配合的场合，也不能形成实用的涂膜。
结果，球状二氧化硅与破碎二氧化硅两者都具有热屏蔽性，破碎二氧化硅也具有发挥与球状二氧化硅同等程度的热屏蔽性的可能性，但可大量配合的球状二氧化硅可以充分发挥高的热屏蔽性，与此相对，破碎二氧化硅由于不能充分地配合，可以推测不能发挥与球状二氧化硅同等程度的热屏蔽性。

Claims (9)

1.一种水系涂料组合物，其特征在于，配合有含球状金属氧化物颗粒的无机物颗粒。
2.权利要求1所述的水系涂料组合物，其中，前述球状金属氧化物颗粒的比表面积为30m2/g以下。
3.权利要求1或2所述的水系涂料组合物，其中，前述球状金属氧化物颗粒是在含氧气氛下使金属粉末氧化所得到的颗粒。
4.权利要求1-3的任一项所述的水系涂料组合物，其中，前述球状金属氧化物颗粒是用火焰熔融法制造的。
5.权利要求1-4的任一项所述的水系涂料组合物，其中，前述球状金属氧化物颗粒是二氧化硅。
6.权利要求1-5的任一项所述的水系涂料组合物，其中，在将前述无机物颗粒以外的不挥发部分的质量作为100质量份的场合，该无机物颗粒的含量为60质量份以上。
7.权利要求1-6的任一项所述的水系涂料组合物，其中，除前述金属氧化物颗粒以外实质上不含前述无机物颗粒。
8.权利要求1-7的任一项所述的水系涂料组合物，其中，前述球状金属氧化物颗粒的圆球度为0.7以上。
9.一种热屏蔽涂料，其是权利要求1-8的任一项所述的水系涂料组合物。
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